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CN114014300A - 碳纳米管及其纯化方法 - Google Patents

碳纳米管及其纯化方法 Download PDF

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CN114014300A
CN114014300A CN202111408353.1A CN202111408353A CN114014300A CN 114014300 A CN114014300 A CN 114014300A CN 202111408353 A CN202111408353 A CN 202111408353A CN 114014300 A CN114014300 A CN 114014300A
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CN
China
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nano tube
carbon nano
carbon
carbon nanotube
solution
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Application number
CN202111408353.1A
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叶恩洲
张文鹏
孔令涌
张吉
黄少真
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Qujing Feimo Technology Co ltd
Shenzhen Feimo Technology Co ltd
Original Assignee
Qujing Feimo Technology Co ltd
Shenzhen Feimo Technology Co ltd
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Publication date
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Abstract

本申请属于材料技术领域,尤其涉及一种碳纳米管及其纯化方法。其中,碳纳米管的纯化方法,包括步骤:制备碳纳米管悬浮液;将所述碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理,干燥得到碳纳米管与碱性物质的混合物;在惰性气氛中,对所述混合物进行煅烧处理,得到煅烧后的碳纳米管;将所述煅烧后的碳纳米管与酸性溶液进行混合处理,分离得到纯化后的碳纳米管。本申请实施例碳纳米管的纯化方法,对碳纳米管粗样的纯化效果好,纯化后的碳纳米管纯度可高达95%,处理过程中不会破坏碳纳米管的物化性质,碳纳米管仍能保持良好的电性能和热性能,提高碳纳米管的稳定性。

Description

碳纳米管及其纯化方法
技术领域
本申请属于材料技术领域,尤其涉及一种碳纳米管及其纯化方法。
背景技术
碳纳米管,尤其是单壁碳纳米管(SWCNT)自发现以来,有关单壁碳纳米管的制备、提纯以及结构表征等方面的研究工作受到了极大的关注。除大规模制备技术外,提纯是影响其应用的最大问题。碳纳米管制备完后常包含大量杂质,其杂质主要包括碳杂质和金属杂质两大类。其中,碳杂质主要包括无定形碳、富勒烯、石墨微粒以及其他碳纳米颗粒;金属杂质一般来源于金属催化剂。碳纳米管中杂质的存在限制了其应用,对碳纳米管的提纯成为了目前急需解决的技术难题。
传统的碳纳米管提纯方法包括:酸化法,氧化法,退火法,超声法,离心法、磁吸附法以及切割法等。但对于碳纳米管来说,单一的提纯方法很难将碳纳米管中的杂质完全去除,尤其是单壁碳纳米管。单壁碳纳米管比多壁碳纳米管生长更为致密,金属催化剂大量分布在单壁碳纳米管之间,将碳管牢牢的粘附在一起,其产率亦远低于多壁碳纳米管。目前,一般的处理方法提纯的单壁碳纳米管纯度不高,限制了单壁碳纳米管的应用。
发明内容
本申请的目的在于提供一种碳纳米管及其纯化方法,旨在一定程度上解决现有碳纳米管,尤其是单壁碳纳米管纯化效率低,效果不佳的问题。
为实现上述申请目的,本申请采用的技术方案如下:
第一方面,本申请提供一种碳纳米管的纯化方法,包括以下步骤:
制备碳纳米管悬浮液;
将所述碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理,干燥得到碳纳米管与碱性物质的混合物;
在惰性气氛中,对所述混合物进行煅烧处理,得到煅烧后的碳纳米管;
将所述煅烧后的碳纳米管与酸性溶液进行混合处理,分离得到纯化后的碳纳米管。
进一步地,所述碳纳米管选自单壁碳纳米管。
进一步地,制备所述碳纳米管悬浮液的步骤包括:将碳纳米管粗样分散到醇溶液中,在含有磁体的条件下研磨0.3~6小时,得到所述碳纳米管悬浮液。
进一步地,所述醇溶液中水的质量百分含量为10~90%,所述醇溶液中包括乙醇、乙二醇、甲醇中的至少一种。
进一步地,所述碳纳米管粗样与所述醇溶液的质量比为1:(20~200)。
进一步地,将所述碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理的步骤包括:将所述碳纳米管悬浮液与所述碱性物质的溶液混合后,在转速为100~300r/min的条件下搅拌处理10~60分钟。
进一步地,所述干燥处理的方式选自冷冻干燥。
进一步地,所述碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
进一步地,所述碱性物质的溶液浓度为0.1~5mol/L;所述碳纳米管悬浮液与所述碱性物质的溶液的质量比为1:(1~5)。
进一步地,对所述混合物进行煅烧处理的步骤包括:在温度为600~1000℃,气体流速为0.1~20mL/min的惰性气氛下,对所述混合物煅烧15~60分钟。
进一步地,将所述煅烧后的碳纳米管与酸性溶液进行混合处理的步骤包括:将所述煅烧后的碳纳米管分散在酸性溶液中,在转速为100~300r/min的条件下搅拌处理10~60分钟。
进一步地,所述分离的步骤包括:将所述混合处理后的产物依次进行过滤,洗涤至pH值为中性后,将碳纳米管分散在溶剂中,冷冻干燥,得到所述纯化后的碳纳米管。
进一步地,所述酸性溶液中,包括盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种。
进一步地,所述酸性溶液的浓度为0.1~5mol/L;所述煅烧后的碳纳米管与所述酸性溶液的质量比为1:(10~1000)。
第二方面,本申请提供一种碳纳米管,该碳纳米管由上述的方法纯化制得。
本申请第一方面提供的纳米管的纯化方法,首先将碳纳米管粗样分散在溶液中,制备碳纳米管悬浮液;然后,将分散好的碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理,干燥后使碱性物质与碳纳米管及其中金属杂质在分子级别接触混合。然后通过对混合物在惰性气氛中进行煅烧处理,在煅烧过程中碱性物质与碳纳米管中金属杂质反应,将金属杂质转化成金属氧化物,同时氧化碳纳米管粗样中的碳杂质,并且高温煅烧过程中可以修饰碳纳米管中缺陷,提高碳纳米管的质量。再将煅烧后的碳纳米管在酸性溶液中进行混合处理,使碳纳米管中金属氧化物杂质、金属单质等杂质溶解在酸性溶液中,将碳纳米管从溶液中分离,便可得到纯化后的碳纳米管。
本申请第二方面提供的碳纳米管,通过上述的纯化处理后,杂质成分少,碳纳米管纯度高,其纯度可高达95%以上,且碳纳米管结构完整度高,具有良好的热学性能和电学性能,稳定性高,提高了碳纳米管的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的碳纳米管的纯化方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
本申请中,术语“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况。其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,“a,b或c中的至少一项(个)”,或,“a,b和c中的至少一项(个)”,均可以表示:a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c,其中a,b,c分别可以是单个,也可以是多个。
应理解,在本申请的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,部分或全部步骤可以并行执行或先后执行,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量,也可以表示各组分间重量的比例关系,因此,只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地,本申请实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,用来将目的如物质彼此区分开,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如,在不脱离本申请实施例范围的情况下,第一XX也可以被称为第二XX,类似地,第二XX也可以被称为第一XX。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
如附图1所示,本申请实施例第一方面提供一种碳纳米管的纯化方法,包括以下步骤:
S10.制备碳纳米管悬浮液;
S20.将碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理,干燥得到碳纳米管与碱性物质的混合物;
S30.在惰性气氛中,对混合物进行煅烧处理,得到煅烧后的碳纳米管;
S40.将煅烧后的碳纳米管与酸性溶液进行混合处理,分离得到纯化后的碳纳米管。
本申请实施例第一方面提供的纳米管的纯化方法,首先将碳纳米管粗样分散在溶液中,制备碳纳米管悬浮液;然后,将分散好的碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理,干燥后使碱性物质与碳纳米管及其中金属杂质在分子级别接触混合。然后通过对混合物在惰性气氛中进行煅烧处理,在煅烧过程中碱性物质与碳纳米管中金属杂质反应,将金属杂质转化成金属氧化物,同时氧化碳纳米管粗样中的碳杂质,并且高温煅烧过程中可以修饰碳纳米管中缺陷,提高碳纳米管的质量。再将煅烧后的碳纳米管在酸性溶液中进行混合处理,使碳纳米管中金属氧化物杂质、金属单质等杂质溶解在酸性溶液中,将碳纳米管从溶液中分离,便可得到纯化后的碳纳米管。本申请实施例碳纳米管的纯化方法,对碳纳米管粗样的纯化效果好,纯化后的碳纳米管纯度可高达95%,处理过程中不会破坏碳纳米管的物化性质,碳纳米管仍能保持良好的电性能和热性能,提高碳纳米管的稳定性。
在一些实施例中,碳纳米管选自单壁碳纳米管。由于单壁碳纳米管比多壁碳纳米管生长更为致密,金属催化剂大量分布在单壁碳纳米管之间,将碳管牢牢的粘附在一起,其产率亦远低于多壁碳纳米管,本申请实施例提供的碳纳米管的纯化方法尤其适用于纯化单壁碳纳米管粗样,去除单壁碳纳米管中金属催化剂、无定型碳等杂质成分。
在一些实施例中,上述步骤S10中,制备碳纳米管悬浮液的步骤包括:将碳纳米管粗样分散到醇溶液中,在含有磁体的条件下研磨0.3~6小时,得到碳纳米管悬浮液。本申请实施例采用醇溶液作为碳纳米管粗样的分散液,可提高碳纳米管的分散效果,并在含有磁体的条件下研磨,一方面,通过物理切割的方式将紧密缠结在一起的碳纳米管分隔开,提高碳纳米管粗样在溶液中的分散效果;另一方面,在研磨的过程中磁体可吸附碳纳米管粗样中较大块的金属催化剂杂质,将较大快的金属催化剂杂质通过物理方式去除,提高后续化学除杂的效率。研磨0.3~6小时,即确保了碳纳米管粗样在溶剂中的分散效果,又避免了碳纳米管在研磨过程中被过渡切割破碎,导致降低碳纳米管材料的电性能、热性能等物化性能。在一些具体实施例中,将碳纳米管粗样分散到醇溶液中,在含有磁体的条件下研磨0.3~6小时,进一步地研磨0.5~5小时,进一步地研磨1~4小时,进一步地研磨2~3小时。
在一些实施例中,醇溶液中水的质量百分含量为10~90%,醇溶液中包括乙醇、乙二醇、甲醇中的至少一种。本申请实施例采用的这些醇溶液有利于提高碳纳米管的分散效果,随着醇溶液中水含量的增加碳纳米管的分散性能降低,但若完全采用醇类溶剂,则醇类溶剂挥发过快同样会降低碳纳米管的分散稳定性,而且存在引起燃烧的风险。在一些具体实施例中,醇溶液中水的质量百分含量包括但不限于10~90%,进一步地水的质量百分含量为20~80%,进一步地水的质量百分含量为30~70%,进一步地水的质量百分含量为40~60%。
在一些实施例中,碳纳米管粗样与醇溶液的质量比为1:(20~200),该配比可使碳纳米管粗样充分分散在溶液中,若醇溶液配比过低,则不利于碳纳米管均匀分散在溶液中,分散液粘度过高,不易后续处理;若醇溶液配比过高,则会降低生产效率。在一些具体实施例中,碳纳米管粗样与醇溶液的质量比包括但不限于1:(20~200),进一步地质量比为1:(50~150),进一步地质量比为1:(80~120)。
在一些实施例中,上述步骤S20中,将碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理的步骤包括:将碳纳米管悬浮液与碱性物质的溶液混合后,在转速为100~300r/min的条件下搅拌处理10~60分钟;使碱性物质与碳纳米管充分混合均匀。在一些具体实施例中,转速包括但不限于100~300r/min,进一步地转速为150~250r/min,进一步地转速为200~250r/min。
在一些实施例中,干燥处理的方式选自冷冻干燥,将充分分散均匀的碳纳米管与碱性物质的混合溶液通过冷冻的方式干燥,去除混合溶液中溶剂成分的同时可保持碳纳米管的松散的分散状态,避免加热等干燥方式造成碳纳米管收缩团聚。得到碱性物质与碳纳米管及其中金属杂质在分子级别接触混合的混合物,分子级别的混合,有利于后续纯化处理过程中碱性物质均匀且充分的与金属催化剂等杂质反应。
在一些实施例中,碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种;这些碱性物质在后续煅烧过程中能够与金属催化剂等杂质成分反应,将金属催化剂转化成金属氧化物,有利于后续溶解在酸性溶液中,从而分离去除金属催化剂等杂质成分。并且,这些碱性物质在煅烧反应过程中,钠、钾、氢等元素可以以气体的形成挥发去除,不会残留在碳纳米管中,避免在碳纳米管中引入杂质成分,提高碳纳米管的纯化效果。
在一些实施例中,碱性物质的溶液浓度为0.1~5mol/L;且碳纳米管悬浮液与碱性物质的溶液的质量比为1:(1~5)。本申请实施例碱性物质的溶液的浓度,以及碱性物质的溶液与碳纳米管悬浮液的配比,充分确保了碱性物质与碳纳米管悬浮液中碳纳米管有较好的混合效果,碱性物质浓度过高或过低,都不利于碱性物质充分且均匀的分散到碳纳米管中。若碱性物质浓度低于0.1mol/L,则碱性物质在碳纳米管中分散不充分;若碱性物质浓度高于5mol/L,则碱性物质难以均匀的分散在碳纳米管中,且碱性物质容易团聚,无法形成分子级别的分散效果。碱性物质的溶液配比的高低,也会影响碱性物质与碳纳米管的结合效果。在一些具体实施例中,碱性物质的溶液浓度包括但不限于0.1mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L等,碳纳米管悬浮液与碱性物质的溶液的质量比包括但不限于1:1、1:2、1:3、1:4、1:5等。
在一些实施例中,上述步骤S30中,对混合物进行煅烧处理的步骤包括:在温度为600~1000℃,气体流速为0.1~20mL/min的惰性气氛下,对混合物煅烧15~60分钟。其中,煅烧温度充分确保了碱性物质与金属杂质反应生成金属氧化物,同时使钠、钾等碱性金属,氢元素等转化成气态挥发去除,同时氧化碳纳米管中无定型碳等杂质成分,并且高温环境能够优化碳纳米管中缺陷,提高碳纳米管质量。若温度过低,则不利于碱性物质与金属杂质充分反应,也不利于对碳纳米管中缺陷进行优化;若温度过高,则会存在破坏碳纳米管的风险。另外,惰性气氛有利于防止高温条件下碳纳米管被氧化,而导致破坏碳纳米管结构。煅烧时间的长短等因素,也会影响碱性物质与碳纳米管中金属催化剂等杂质成分的反应效果。另外,若气体流速太快,则会使碳纳米管在管式炉中飘散,同时会形成浪费;若气体流速过小,则催化剂和氢氧化物反应形成的副反应产物无法被带走,导致碳纳米管纯度降低。在一些具体实施例中,煅烧温度可以是600~700℃、700~800℃、800~900℃或者900~1000℃等;气体流速可以是0.1~1mL/min、1~5mL/min、5~10mL/min、10~15mL/min、15~20mL/min等;惰性气氛中包含氮气、氩气、氦气等。
在一些实施例中,上述步骤S40中,将煅烧后的碳纳米管与酸性溶液进行混合处理的步骤包括:将煅烧后的碳纳米管分散在酸性溶液中,在转速为100~300r/min的条件下搅拌处理10~60分钟。煅烧后的碳纳米管中金属杂质成分主要以金属氧化物的形式存在,相对于金属单质,金属氧化物在酸性溶液中溶解效率高,与酸性溶液混合后金属氧化物可快速高效的溶解在酸性溶液中。通过在转速为100~300r/min的条件下搅拌处理10~60分钟,充分确保碳纳米管中金属氧化物以及金属单质、无定型碳等杂质成分溶解、分散到酸性溶液中。再通过分离处理,可高效分离碳纳米管中杂质成分,得到高纯度的碳纳米管。在一些具体实施例中,混合处理的转速包括但不限于100~300r/min,进一步地转速为150~250r/min,进一步地转速为200~250r/min。搅拌时间可是10~20分钟,20~30分钟,30~40分钟,40~50分钟,50~60分钟等。
在一些实施例中,分离的步骤包括:将混合处理后的产物依次进行过滤,将溶解有金属氧化物等杂质的酸性溶液与碳纳米管分析,然后将碳纳米管洗涤至pH值为中性后,去除碳纳米管中残留的杂质成分,再将碳纳米管重新分散在溶剂中,必要时可采用超声分散的方式分散10~60分钟,然后通过冷冻干燥,使碳纳米管保持蓬松状态,未形成严重团聚,避免直接加热等干燥方式造成碳纳米管收缩结团,得到纯化后的碳纳米管。
在一些实施例中,酸性溶液中,包括盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种;这些酸性溶液,对碳纳米管中金属氧化物等杂质成分均有较好的溶解分散作用,能够将煅烧后的碳纳米管中金属氧化物等杂质成分溶解到溶液中,从而去除碳纳米管中杂质成分。
在一些实施例中,酸性溶液的浓度为0.1~5mol/L;煅烧后的碳纳米管与酸性溶液的质量比为1:(10~1000)。酸性溶液的浓度,以及酸性溶液与煅烧后的碳纳米管的配比,会影响碳纳米管中金属氧化物等杂质成分的溶解、去除效果。若酸性溶液的浓度过低,或与碳纳米管的配比过低,则不利于将煅烧后的碳纳米管中金属氧化物等杂质成分充分地溶解去除;若酸性溶液的浓度过高,则会破坏碳纳米管结构,影响碳纳米管的电学性能、热学性能等。在一些具体实施例中,酸性溶液的浓度包括但不限于0.1~1mol/L、1~2mol/L、2~3mol/L、3~4mol/L、4~5mol/L等;煅烧后的碳纳米管与酸性溶液的质量比包括但不限于1:(10~100)、1:(100~200)、1:(200~300)、1:(300~500)、1:(500~800)、1:(800~1000)等。
本申请实施例第二方面提供一种碳纳米管,该碳纳米管由上述的方法纯化制得。
本申请实施例第二方面提供的碳纳米管,通过上述的纯化处理后,杂质成分少,碳纳米管纯度高,其纯度可高达95%以上,且碳纳米管结构完整度高,具有良好的热学性能和电学性能,稳定性高,提高了碳纳米管的应用前景。
在一些实施例中,本申请实施例碳纳米管包括但不限于单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等,优选单壁碳纳米管。
为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解,以及本申请实施例碳纳米管及其制备方法的进步性能显著的体现,以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1
一种单壁碳纳米管,其纯化处理包括步骤:
①将1g纯度为50%的单壁碳纳米管粗样与200g去离子水置于砂磨机中进行砂磨,高速分散腔中安置有永磁体,研磨时间3h,得到研磨好的单壁碳纳米管悬浮液。
②将研磨好的单壁碳纳米管悬浮液,与300g的0.5mol/L氢氧化钠溶液混合搅拌,搅拌速度100r/min,搅拌时间10min,搅拌完之后进行冷冻干燥,得到单壁碳纳米管与碱性氢氧化物的混合物。
③将1g单壁碳纳米管与碱性氢氧化物的混合物,在氮气保护下,气体流速为0.1mL/min,于600℃高温下进行灼烧,灼烧时间15min,待其冷却后得到氧化处理的单壁碳纳米管。
④将0.5g氧化处理的单壁碳纳米管,与50g的0.5mol/L盐酸溶液共混搅拌,搅拌速度100r/min,搅拌时间10min,然后再进行过滤洗涤,先用去离子水洗涤直至洗涤液pH为中性,然后用乙醇2次,再将洗涤后的单壁碳纳米管重新分散于去离子水中,超声分散20min,然后冷冻干燥,得到纯化之后的单壁碳纳米管。
实施例2
一种单壁碳纳米管,其纯化处理包括步骤:
①将1g纯度为50%的单壁碳纳米管粗样与200g去离子水置于砂磨机中进行砂磨,高速分散腔中安置有永磁体,研磨时间5h,得到研磨好的单壁碳纳米管悬浮液。
②将研磨好的单壁碳纳米管悬浮液,与300g的1mol/L氢氧化钠溶液混合搅拌,搅拌速度200r/min,搅拌时间30min,搅拌完之后进行冷冻干燥,得到单壁碳纳米管与碱性氢氧化物的混合物。
③将1g单壁碳纳米管与碱性氢氧化物的混合物,在氮气保护下,气体流速为1mL/min,于800℃高温下进行灼烧,灼烧时间30min,待其冷却后得到氧化处理的单壁碳纳米管。
④将0.5g氧化处理的单壁碳纳米管,与50g的1mol/L盐酸溶液共混搅拌,搅拌速度200r/min,搅拌时间10min,然后再进行过滤洗涤,先用去离子水洗涤直至洗涤液pH为中性,然后用乙醇2次,再将洗涤后的单壁碳纳米管重新分散于去离子水中,超声分散20min,然后冷冻干燥,得到纯化之后的单壁碳纳米管。
实施例3
一种单壁碳纳米管,其纯化处理包括步骤:
①将1g纯度为50%的单壁碳纳米管粗样与200g去离子水置于砂磨机中进行砂磨,高速分散腔中安置有永磁体,研磨时间6h,得到研磨好的单壁碳纳米管悬浮液。
②将研磨好的单壁碳纳米管悬浮液,与300g的5mol/L氢氧化钠溶液混合搅拌,搅拌速度300r/min,搅拌时间60min,搅拌完之后进行冷冻干燥,得到单壁碳纳米管与碱性氢氧化物的混合物。
③将1g单壁碳纳米管与碱性氢氧化物的混合物,在氮气保护下,气体流速为1mL/min,于1000℃高温下进行灼烧,灼烧时间60min,待其冷却后得到氧化处理的单壁碳纳米管。
④将0.5g氧化处理的单壁碳纳米管,与50g的5mol/L盐酸溶液共混搅拌,搅拌速度300r/min,搅拌时间60min,然后再进行过滤洗涤,先用去离子水洗涤直至洗涤液pH为中性,然后用乙醇2次,再将洗涤后的单壁碳纳米管重新分散于去离子水中,超声分散20min,然后冷冻干燥,得到纯化之后的单壁碳纳米管。
对比例1
一种单壁碳纳米管,其纯化处理包括步骤:
将1g纯度为50%的单壁碳纳米管粗样与50g的0.5mol/L盐酸溶液共混搅拌,搅拌速度100r/min,搅拌时间10min,然后再进行过滤洗涤,先用去离子水洗涤直至洗涤液pH为中性,然后用乙醇2次,再进行高温干燥,得到纯化之后的单壁碳纳米管。
对比例2
一种单壁碳纳米管,其纯化处理包括步骤:
将1g纯度为50%的单壁碳纳米管氮气保护下,气体流速为0.1mL/min,通入氧气2min,气体流速为0.05mL/min,于600℃高温下进行灼烧1min,停止氧气,继续通氮气,灼烧时间15min,待其冷却后得到氧气氧化处理的单壁碳纳米管。将0.5g氧化处理的单壁碳纳米管,与20g的0.5mol/L盐酸溶液与10g的0.5mol/L双氧水溶液共混搅拌,搅拌速度50r/min,搅拌时间10min,然后再进行过滤洗涤,先用去离子水洗涤直至洗涤液pH为中性,然后用乙醇2次,干燥得到氧气氧化处理法纯化的单壁碳纳米管。
进一步的,为了验证本申请实施例的进步性,通过将碳纳米管在热失重测试仪采用800℃,空气氛围进行灼烧,通过灼烧残留物的重量计算碳纳米管的纯度,对实施例1~3和对比例1~2纯化后的单壁碳纳米管的纯度分别进行了测试,测试结果如下表1所示:
表1
Figure BDA0003373130430000131
由上述测试结果可知,本申请实施例1~3方法纯化后的单壁碳纳米管纯度可达到95%以上,能够基本去除单壁碳纳米管粗样中金属催化剂、无定型碳等杂质,获得高纯度的单壁碳纳米管,有利于单壁碳纳米管的应用。而对比例1单壁碳纳米管粗样仅通过酸化处理,得到的单壁碳纳米管纯度仅为65%,仍含量大量的杂质,纯化效果不佳。对比例2先对单壁碳纳米管粗样进行煅烧处理,再进行酸化处理,得到的单壁碳纳米管纯度仅为85%,单壁碳纳米管产品中也含有大量的杂质成分,纯度不高,影响后续碳纳米管的应用效果。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纳米管的纯化方法,其特征在于,包括以下步骤:
制备碳纳米管悬浮液;
将所述碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理,干燥得到碳纳米管与碱性物质的混合物;
在惰性气氛中,对所述混合物进行煅烧处理,得到煅烧后的碳纳米管;
将所述煅烧后的碳纳米管与酸性溶液进行混合处理,分离得到纯化后的碳纳米管。
2.如权利要求1所述的碳纳米管的纯化方法,其特征在于,所述碳纳米管选自单壁碳纳米管。
3.如权利要求1或2所述的碳纳米管的纯化方法,其特征在于,制备所述碳纳米管悬浮液的步骤包括:将碳纳米管粗样分散到醇溶液中,在含有磁体的条件下研磨0.3~6小时,得到所述碳纳米管悬浮液。
4.如权利要求3所述的碳纳米管的纯化方法,其特征在于,所述醇溶液中水的质量百分含量为10~90%,所述醇溶液中包括乙醇、乙二醇、甲醇中的至少一种;
和/或,所述碳纳米管粗样与所述醇溶液的质量比为1:(20~200)。
5.如权利要求1或4所述的碳纳米管的纯化方法,其特征在于,将所述碳纳米管悬浮液与碱性物质进行混合处理的步骤包括:将所述碳纳米管悬浮液与所述碱性物质的溶液混合后,在转速为100~300r/min的条件下搅拌处理10~60分钟;
和/或,所述干燥处理的方式选自冷冻干燥。
6.如权利要求5所述的碳纳米管的纯化方法,其特征在于,所述碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种;
和/或,所述碱性物质的溶液浓度为0.1~5mol/L;所述碳纳米管悬浮液与所述碱性物质的溶液的质量比为1:(1~5)。
7.如权利要求1或6所述的碳纳米管的纯化方法,其特征在于,对所述混合物进行煅烧处理的步骤包括:在温度为600~1000℃,气体流速为0.1~20mL/min的惰性气氛下,对所述混合物煅烧15~60分钟。
8.如权利要求7所述的碳纳米管的纯化方法,其特征在于,将所述煅烧后的碳纳米管与酸性溶液进行混合处理的步骤包括:将所述煅烧后的碳纳米管分散在酸性溶液中,在转速为100~300r/min的条件下搅拌处理10~60分钟;
和/或,所述分离的步骤包括:将所述混合处理后的产物依次进行过滤,洗涤至pH值为中性后,将碳纳米管分散在溶剂中,冷冻干燥,得到所述纯化后的碳纳米管。
9.如权利要求8所述的碳纳米管的纯化方法,其特征在于,所述酸性溶液中,包括盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种;
和/或,所述酸性溶液的浓度为0.1~5mol/L;所述煅烧后的碳纳米管与所述酸性溶液的质量比为1:(10~1000)。
10.一种碳纳米管,其特征在于,所述碳纳米管由如权利要求1~9任意所述的方法纯化制得。
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